不等跨斜拉橋鋼—混組合梁施工方法比選

馬培祥

摘要： 鋼-混組合梁斜拉橋具有造型美觀、結構重量輕等優點，被廣泛地應用于橋梁建設中。如何把繁雜的施工程序簡化，并采用安全、經濟、可行的方法安裝是值得橋梁技術人員思考的重要問題。本文通過對斜拉橋不等跨鋼-混組合梁施工方法比選，闡述了支架滑移法大節段施工的優點。

Abstract： The steel-concrete composite beam cable-stayed bridge has the advantages of beautiful shape and light weight， so it is widely used in the bridge construction. How to simplify the complex construction procedures and use safe， economical and feasible installation method is an important issue worthy of bridge technical staff thinking about. In this paper， the advantages of the large section construction of the support slippage method are expounded by comparing the construction methods of the unequal cable-stayed bridge.

關鍵詞： 斜拉橋；鋼-混組合梁；大節段；支架滑移

Key words： cable-stayed bridge；steel-concrete composite beam；large section；support slippage

中圖分類號：U448.27 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）15-0112-03

0 引言

鋼-混組合梁是斜拉橋典型的主梁形式，常見橋面吊機懸拼施工方法，屬于逐個節段安裝、掛索的方法。本文就所施工的工程實例為對象，對單一節段與大節段施工進行比選、對不同安裝方案進行比選，分析在本工程條件下應采取的最優施工方法。

1 工程概況

新沂市北京路大橋橫跨沭河，主橋為（100+87）m獨塔雙索面不等跨鋼-混組合梁斜拉橋，塔梁墩固結體系，橋寬40.1m。主梁采用鋼-混凝土組合梁雙鋼箱主肋斷面，一個鋼梁節段由2道鋼主梁、2道鋼橫梁、4道鋼托梁和6道小縱梁等單件組成（鋼梁節段如圖1），共21個節段，最大節段長9m、重120t；鋼梁上方安裝25cm厚的預制混凝土橋面板，每節段6塊，橋面板之間為現澆濕接縫；因兩跨不等，邊跨7～11號段設壓重塊，壓重量220kN/m。橋梁總體布置如圖2。橋梁所處的沭河是不通航河道，水深2～6m，水面寬度310m，水位受季節性上游變化較大。

2 成橋方法比選

2.1 設計成橋程序

設計成橋程序為索塔施工完成后，對稱同步施工主、邊跨1～6號段，再施工邊跨7～10號段并安裝配重完成邊跨合龍，然后逐段施工主跨7～11號段完成主跨合龍，可概括為“先塔后梁、梁索同步”。每節段的施工順序為：鋼梁安裝就位→主梁連接焊接→安裝橋面板→澆筑濕接縫→濕接縫混凝土養護→張拉前一節段梁段預應力→掛設本節段斜拉索→張拉本節段斜拉索。由此可知，實際施工段為14個，每個施工段又分為8道工序。

分析以上施工程序并結合施工場地條件，可總結三個特點：一是每節段施工工序相似、繁雜、耗時多；二是主、邊跨施工并非完全同步，施工作業面有閑置；三是鋼梁安裝是本工程施工難點。

2.2 大節段施工

根據以上前兩個特點，我們提出把成橋程序優化為“塔梁同步、先梁后索”，即大節段施工，將非常有利工期的縮短。塔梁同步為塔梁結合段施工后，同步施工索塔和安裝鋼梁、安裝橋面板、施工濕接縫、預應力等；先梁后索為大節段梁段和索塔完成后再逐道掛設并張拉斜拉索。這樣不但可以利用索塔施工時間安裝鋼梁，也可節省單個節段施工時混凝土養護期。

“先塔后梁、梁索同步”的設計目的是通過逐節段安裝、掛索，逐步成橋，使成橋過程梁的內力梯度變化，鋼梁壓應力、混凝土橋面板的拉應力以及斜拉索最大應力在安全可靠的范圍內。為了保證在梁索內力允許的范圍內實現該優化目標，我們與設計方充分論證，最終確定為主、邊跨各分為兩個大節段施工，即1～6號段合并為第一大節段，其余節段合并為第二大節段，實際施工段由原來的14個減少為2個。

2.3 效果對比

2.3.1 工期對比

按小節段施工時，塔柱10個節段和上橫梁的施工周期共88天，每個小節段8道工序的施工周期共15天，14個節段共210天，兩項合計298天。采用大節段施工后，塔柱施工時間不再計算，第一個大節段鋼梁安裝后即安裝橋面板，緊后施工橋面板濕接縫、掛拉斜拉索，施工周期105天。第二個大節段在第一大節段鋼梁安裝完成后即開始施工，在第一個大節段施工完成時已完成鋼梁安裝、橋面板安裝、預應力穿束以及濕接縫鋼筋等可以完成的工作，在完成兩第大節段的鋼梁對接后再完成剩余工作，施工周期65天。兩個大節段合計170天。

由此可見，優化為大節段施工后，工期由原來的298天減少為170天，減少了128天，效果顯著。引申而言，假如本橋主、邊跨跨度相等均為100m，每跨各有11個節段，則小節段施工的實際施工段為11個，小節段施工工期應為253天，優化為大節段施工后可節省83天，工期優化的效果有所降低。

2.3.2 成本對比

若按小節段施工，在一個15天的周期內，鋼結構吊裝班組、橋面板安裝班組、鋼筋班組、斜拉索班組等不能夠連續施工，一直處在干干停停的狀態，無形中增加了勞動力成本，而采用大節段施工后，各班組均能實現連續施工，有效降低了勞動力成本。另外，工期縮短后，也可節省機械設備、周轉材料等成本支出。

2.3.3 成橋效果

影響本橋成橋效果的參數有很多，如結構剛度、梁段的重量、斜拉索拉力、 拉索的非線性、施工荷載、混凝土的收縮徐變、溫度和預應力等。現在一般采用自適應控制法進行施工控制，是“預告-測量-修正-再預告”的循環過程。小節段施工時橋面施工荷載不穩定、混凝土的收縮徐變不一致、溫度變化大等，這些因素都會使預告數據出現偏差，對成橋效果控制不利。而采用大節段施工后，橋面荷載固定，濕接縫混凝土采用一次性澆筑，相似性高，溫度穩定，對施工控制預告較為有利。經監控單位實測，最終成橋后的單根斜拉索最大極限索力誤差為5.6%，且平均索力僅超過設計均值的1.8%；成橋時主梁線形平順，最大高程誤差11mm；主梁和索塔應力實測值均在設計和規范允許范圍內。成橋效果非常理想。

3 主梁施工方法比選

3.1 跨墩龍門吊安裝方案

該方案是在設計鋼梁下方河道中搭設支架，橋梁兩側搭設龍門吊走行軌道，塔柱兩側各安裝一臺160t跨墩龍門吊，鋼梁單元件進場后，在橋梁后方河岸上的拼裝場利用龍門吊把單元件拼裝成小節段，然后用龍門吊吊梁安裝。該方案需投入680m走行軌道及其支架、2臺龍門吊以及鋼梁安裝支架。

優點：龍門吊施工靈活，在鋼梁節段就位時，可以任意調整鋼梁空間位置，同時可以兼顧材料卸車、單元件組裝和橋面板安裝。

缺點：投入的走行軌道及其支架、2臺龍門吊費用較高，不經濟。

3.2 浮吊吊裝方案

因沭河不通航，浮吊需汽運至橋位處再拼裝，鋼梁在岸邊的拼裝場拼裝成梁段后，由運梁船將鋼梁節段水運至安裝位置附近，再由浮吊吊裝至鋼梁安裝支架上。本方案需投入浮吊、運梁船和鋼梁安裝支架。

優點：無需搭設鋼棧橋和軌道支架。

缺點：沭河水位不穩定，如遇旱季則無法使用；因拼裝場地在河岸，需要將河床岸邊區域挖深后方可使用。

3.3 支架上散拼方案

因本橋橋面較寬，需要沿橋梁兩側搭設鋼棧橋，吊車立于鋼棧橋上吊裝單元件直接在支架上拼裝成鋼梁節段。本方案需投入680m鋼棧橋、2臺吊車以及鋼梁安裝支架。

優點：單元件直接拼裝時，最大起重量僅26t，較易實現。

缺點：需搭設兩側鋼棧橋，成本較高；在安裝支架上直接拼裝，拼裝質量難以保證。

3.4 橋面吊機懸拼方案

本方案需在橋面上安裝2套橋面吊機，鋼梁在拼裝場組成節段后，用運梁船水運至橋面吊機下方，由橋面吊機吊梁至安裝位置，臨時鎖定后焊接梁段對接環口。

優點：本方案無需搭設梁下安裝支架，較經濟。

缺點：水運的困難同浮吊吊裝方案；無法實現大節段安裝，即使按梁索同步方案也需要每節段都安裝、拆除橋面吊機，因為橋面吊機所占位置影響了橋面板安裝。

3.5 支架滑移方案

綜合以上方案的共同特點是無論上述哪種成橋程序，哪種安裝方案，鋼梁就位后都需要在穩固的狀態進行焊接，這就需要搭設鋼梁安裝支架。由此可以想到在該支架上設置滑道，單元件組裝成鋼梁節段后，利用設置在結合段的卷揚機牽引節段滑移安裝就位。該方案的優點是利用既有安裝支架，無需增加龍門吊軌道支架、龍門吊和兩側鋼棧橋等高投入設施。該方案描述如下。

3.5.1 安裝支架和滑道設置

在每個節段設置4個支墩做為支點，相鄰兩節段鋼梁共用兩個支墩，1號梁段后端與結合段共用結合段支架作為支撐，末段梁段前端直接靠支座支撐。支墩頂部布置滑道梁、施工平臺、拼裝區胎架支撐結構、糾偏結構等。大節段施工時，鋼梁、橋面板、濕接縫等荷載均要作用于安裝支架上，經計算，一個鋼管支墩采用4根529mm×10mm的螺旋鋼管，頂部采用H488型鋼作為分配梁與鋼管焊接，形成支墩的截面為3m×3m，其上安裝滑移軌道，軌道外側在分配梁上安裝100t千斤頂，以調整鋼梁各支點高程。如圖3、圖4。

3.5.2 鋼梁節段滑移施工

滑移軌道頂面用角鋼作為側向限位，電動卷揚機、滑車組和鋼絲繩作為牽引系統，4個100T重物移運器作移動支承，組裝完成的鋼梁節段落梁于重物移運器上用馬板固定，牽引點位于主縱梁腹板上方的面板上，在結合段上布置2臺同步電機控制的低速電動卷揚機同時同向牽引，從主橋邊墩向塔柱方向滑移鋼梁節段。節段滑移到位后停車，落梁到分配梁上的8個鋼支墩上，落梁高度約30mm，采用支墩處4個100t液壓千斤頂調整單個節段的線形、標高以及與上一節段對接端口的間隙和錯邊量，落梁完成后移出重物移運器。

3.6 安裝方法比較

綜合分析以上五種安裝方法，各有特點，從安全、質量、成本、進度等四個方面進行對比，如表1，按單項1～5分計算，經對比，支架滑移法是最優方案，實際施工效果證明該方法安全可靠、經濟合理。

4 結束語

本橋鋼-混組合梁因設置了斜拉索又不等跨，因而與其它鋼-混組合梁不同，施工程序也不相同，確定施工方法時應結合橋梁特點、環境場地因素等綜合分析選定最優方案，希望本文能為以后類似橋梁施工提供借鑒。

參考文獻：

[1]陳明憲.斜拉橋建造技術[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]杜振華.大跨度斜拉橋鋼-混結合梁組合效應研究[D].成都：西南交通大學，2009.

[3]譚鑫波.組合梁斜拉橋參數敏感性分析與施工控制[D].成都：西南交通大學，2010.

[4]孫旭陽.鋼混組合梁斜拉橋施工技術及質量控制分析[J].交通世界，2016（18）：110-111.

[5]劉翠云，黃輝，毛偉琦.摩洛哥布里格里格河谷斜拉鋼-混凝土組合梁建造技術[J].交通科技，2016（2）：53-55.